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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Messgerät zum Messen elektrischer Ströme, mit einem Messgerätegehäuse und einer Anschlussvorrichtung zum Anschließen eines Messstromwandlers.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Messvorrichtung zum Messen elektrischer Ströme mit einen erfindungsgemäßen elektrischen Strommessgerät und einem an das Messgerät angeschlossenen Messstromwandler sowie ein Kalibrierverfahren zur Kalibrierung eines elektrischen Strommessgerätes mit einem an das Messgerät angeschlossenen Messstromwandler.
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Bekannt sind elektrische Messsysteme zur Messung elektrischer Ströme, die aus einem Handmessgerät mit einem teilbaren Messstromwandler als Sensor bestehen. Zur Messung umschließt der Messstromwandler einen elektrischen Leiter und leitet aus dem erfassten Magnetfeld des stromdurchflossenen Leiters ein dem Leiterstrom proportionales Messsignal ab. Der teilbare Messstromwandler ist dabei als Messzange ausgeführt und in das Handmessgerät integriert Da in dieser Ausführung des Messsystems die Messzange mit dem eigentlichen Messgerät eine bauliche Einheit bildet – als Strommesszange oder Stromzange bezeichnet –, ist eine einzige auf diese Stromzange bezogene Kalibrierung ausreichend.
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Um einem weiten Anwendungsbereich oder Spezialanwendungen gerecht zu werden, sind auch Messsysteme bekannt, die aus einem Handmessgerät bestehen, das eine Anschlussvorrichtung besitzt, um unterschiedliche Messstromwandler als externe Sensoren anzuschließen.
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So ist aus der
US 2010/0134094 A1 ein Handmessgerät zur Strommessung bekannt, das einen Messtromwandler aufweist, der beweglich an dem Messgerätegehäuse angeordnet ist oder als eigenständiger Sensor in einem separaten Gehäuse ausgeführt sein kann.
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Infolge der Austauschbarkeit der Sensoren besteht auf Grund von Fertigungstoleranzen bei Sensoren gleichen Typs oder auf Grund der Möglichkeit, anwendungsbezogen unterschiedliche Sensortypen anschließen zu können, die Notwendigkeit, für jeden dieser Sensoren einen Kalibriervorgang durchzuführen. Des Weiteren stehen auch Veränderungen der Sensorparameter durch mechanische Einflüsse wie Verschmutzungen und Beschädigung, durch Umwelteinflüsse wie Temperatur und Feuchtigkeit oder durch Alterungsprozesse einer exakten und langzeitstabilen Kalibrierung eines solchen Messsystems entgegen. Auch Veränderungen der Parameter der Messanordnung an sich durch Alterung, Verschmutzung oder sich ändernder Umgebungsbedingungen machen eine Neukalibrierung erforderlich. Eine regelmäßige Neukalibrierung aber bedeutet stets einen Mehraufwand gegenüber der eigentlichen Messung, so dass oft zu Lasten einer möglichen genaueren Messung auf eine Austauschbarkeit der Sensoren verzichtet wird. So etwa bei dem Einsatz der eingangs erwähnten Strommesszangen, die eine fest in das Handmessgerät integrierte Messzange aufweisen. Zur Vermeidung wiederholter Kalibrierungen wird oftmals die Kalibrierung auf einen mitgelieferten Sensor beschränkt, mit der Folge, dass bei dem Anschließen eines anderen Sensors große Messabweichungen zu erwarten sind. Durch hochwertige, robust konstruierte Sensoren kann einer zeitlichen Veränderung der Sensorparameter entgegengewirkt werden, durch teure Herstellungsverfahren kann die Fertigungstoleranz vermindert werden oder durch Selektion lässt man nur Sensoren innerhalb eines engen Toleranzbereiches auf den Markt gelangen, so dass Neukalibrierungen weitgehend umgangen werden können. Insgesamt aber sind derartige Maßnahmen neben dem Nachteil einer ungenauen Messung mit Zeit- und Kostenaufwand verbunden, so dass sie nur begrenzt eine Neukalibrierung ersetzen können.
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So zeigt die
DE 10 2006 011 178 A1 zwar eine Anordnung eines Referenzleiters in Bezug auf einen Messstromwandler, um diesen im eingebauten Zustand ohne Referenzstrom-Beaufschlagung des Primärleiters kalibrieren zu können, jedoch ist der Referenzleiter diesem Messstromwandler fest zugeordnet.
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Weiterhin beschreibt die
DE 39 05 060 A1 eine Gleichstrom-Messeinrichtung mit einem Messstromwandler, der einen Hallsensor aufweist. Mittels eines bekannten, konstanten Kalibrierstroms wird über eine Kalibrierwicklung vor der Gleichstrommessung eine Offset-Hallspannung als Bezugswert für die in der eigentlichen Messung auftretende Hallspannung ermittelt und dadurch ein genaueres Messergebnis insbesondere bei geringen Stromstärken erzielt. Wie der Kalibriervorgang bei einer in ein Messgerät integrierten Kalibrierschleife ausgelöst werden kann, bleibt ungelöst.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Strommessgerät mit einem daran anschließbaren Messstromwandler zu schaffen und ein Verfahren anzugeben, welche eine exakte und einfach auszuführende Kalibrierung der aus Messgerät und angeschlossenem Messstromwandler bestehenden Messvorrichtung erlauben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Dazu weist das Messgerät erfindungsgemäß eine Kalibrierschleife auf. Diese Kalibrierschleife ist als elektrischer Leiter ausgebildet und kann daher während des Kalibriervorgangs mit einen Strom bekannter Größe (Kalibrierstrom) beaufschlagt werden. Die Kalibrierschleife ist derart geformt, dass sie von dem an das Messgerät angeschlossenen Messstromwandler umfasst werden kann. Hierzu sind entweder der Messstromwandler oder die Kalibrierschleife oder beide teilbar ausgebildet. Ein in der Kalibrierschleife fließender Kalibrierstrom erzeugt in dem Messstromwandler ein auswertbares Referenzsignal, das an das Messgerät übertragen und dort ausgewertet wird. Somit ist es auf einfache Weise möglich, das Messsystem mit unterschiedlichen Messstromwandlern im Feld und ohne Zusatzgeräte zu kalibrieren. Der Benutzer kann vor Ort einen an die jeweilige Betriebsumgebung optimal angepassten Sensor auswählen und das Messsystem problemlos kalibrieren. Ein oftmals langwieriger Kalibrierungsprozess mit externen Kalibriergeräten ist nicht erforderlich. Neben dem Vorteil, ausgetauschte Sensoren problemlos einer (Neu-)Kalibrierung unterziehen zu können, erlaubt die integrierte Kalibrierschleife auch eine zeitliche Veränderung der Sensorparameter zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn sich durch mechanische Einflüsse, Umwelteinflüsse oder durch Alterungsprozesse eine Veränderung der Sensorparameter ergeben hat.
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In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Kalibrierschleife als starrer, ausziehbarer oder ausklappbarer Teil eines Messgerätegehäuses ausgebildet. Eine starr ausgebildete Kalibrierschleife zeichnet sich durch eine im Feldeinsatz gewünschte Robustheit aus, während eine ausziehbare oder ausklappbare Ausführung zu einer besonders kompakten Bauweise des Messgerätes führt und als Stütze oder Halterung für das Messgerät dienen kann.
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Die Kalibrierschleife kann in allen Ausgestaltungen zweckmäßigerweise als Trage-/Haltegriff ausgebildet sein um das Gerät sicher greifen, transportieren und gegebenenfalls aufhängen zu können.
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Um in Verbindung mit einteiligen Messstromwandlern eine Kalibrierung durchführen zu können, ist die Kalibrierschleife teilbar ausgebildet. Beispielsweise könnte eine als starres Teil ausgebildete Kalibrierschleife mittels eines Gelenkes schwenkbar ausgeführt sein oder eine flexible Kalibrierschleife ist über ein Verbindungsstück auftrennbar gestaltet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Messgerät als Handmessgerät ausgebildet. Eine derartige Ausgestaltung eignet sich insbesondere für den Einsatz als portables Messsystem und erleichtert die Handhabung im Feld in beengten Arbeitsumgebungen.
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Als vorteilhaft erweist sich, dass die Anschlussvorrichtung als Steckverbindung ausgebildet ist, über die mit einem steckbaren Anschlusskabel der Messstromwandler anschließbar ist. Die Steckverbindung ermöglicht einen schnellen Austausch des Messstromwandlers.
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Das Messgerät weist mit Vorteil eine Mikrocontroller-basierte Steuereinheit mit einer Speichereinheit auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine flexible Konfiguration des Messgerätes sowie einen Softwaregesteuerten Ablauf des Kalibrier- und des Messvorgangs, einschließlich der Möglichkeit zur Aktualisierung der Soft- und Firmware.
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Weiterhin wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine elektrische Messvorrichtung zum Messen elektrischer Ströme ein erfindungsgemäßes Messgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem an das Messgerät angeschlossenen Messstromwandler aufweist. Damit steht ein vollständiges Messsystem für die Messung elektrischer Ströme zur Verfügung. Die Messvorrichtung weist alle Vorteile des erfindungsgemäßen Strommessgerätes auf, insbesondere kann die Kalibrierung der Messvorrichtung auf einfache Weise im Feld ohne Zusatzgeräte durchgeführt werden.
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Bezogen auf ein Kalibrierverfahren wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine in das Messgerät integrierte Kalibrierschleife von einem Kalibrierstrom bekannter Größe durchflossen wird, der Messstromwandler die Kalibrierschleife umschließt, in dem Messstromwandler ein auswertbares Referenzsignal erzeugt und an das Messgerät übertragen wird, das Referenzsignal oder eine daraus abgeleitete Bezugsgröße in einer Speichereinheit des Messgerätes gespeichert wird und nachfolgende Messwerterfassungen auf das gespeicherte Referenzsignal oder die daraus abgeleitete gespeicherte Bezugsgröße bezogen werden, wobei wahlweise ein Kalibrierungsvorgang ausgelöst werden kann, automatisch durch Erkennen des Umschließens der Kalibrierschleife durch den Messstromwandler, durch den Anwender mittels der Bedienelemente, auf Anforderung des Messgerätes, wobei der Kalibriervorgang durch den Anwender ausgeführt wird und die Handlungsanweisungen auf einer Anzeigeeinrichtung des Messgerätes erscheinen.
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Ein während des Kalibriervorgangs durch die Kalibrierschleife geleiteter Strom mit bekanntem Verlauf erzeugt dabei in dem die Kalibrierschleife umschließenden Kern des an das Messgerät angeschlossenen Sensors ein Magnetfeld, aus dem der Messstromwandler ein proportionales Messsignal gewinnt und über ein Anschlusskabel dem Messgerät zuführt. Dieses Referenzsignal oder eine daraus abgeleiteten Bezugsgröße wird in der Messelektronik des Gerätes gespeichert und zur Korrektur der mit diesem Sensor aufgenommenen Messwerte herangezogen. Durch diesen Kalibriervorgang können somit die spezifischen Eigenschaften des jeweiligen angeschlossenen Messsensors, aber auch für einen bestimmten Sensor die über dessen Nutzungsdauer sich verändernden Parameter erfasst und bei Messungen mit diesem Sensor berücksichtigt werden.
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Mit Vorteil bietet das Verfahren die Möglichkeit, den Kalibriervorgang auf unterschiedliche Weise einzuleiten. So kann der Kalibriervorgang automatisch durch Erkennen des Umschließens der Kalibrierschleife durch den Messstromwandler ausgelöst werden, In diesem Fall braucht der Benutzer keine weiteren Bedienungsschritte vorzunehmen und kann nach Beendigung des automatisch ablaufenden Kalibriervorgangs mit einem vollständig kalibrierten Messsystem arbeiten. Als weitere Möglichkeit kann der Kalibriervorgang durch den Anwender mittels der Bedienelemente ausgelöst werden. Hier leitet der Benutzer den Kalibriervorgang durch manuelle Eingabe ein. Der Kalibriervorgang kann auch auf Anforderung des Messgerätes durch den Anwender ausgeführt werden, wobei die Handlungsanweisungen auf einer Anzeigeeinrichtung des Messgerätes erscheinen. Diese Möglichkeit kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn das Messgerät einen angeschlossenen Sensor erstmalig erkennt.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung laufen der Kalibriervorgang und die Messwerterfassung Mikrocontroller-gesteuert ab. Der Kalibrier- und der Messvorgang können somit angepasst an die jeweiligen Kalibrier- und Messbedingungen vollständig automatisiert oder durch Handlungsanweisungen begleitet ablaufen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, die beispielhaft eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Es zeigt
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1: eine Ausführungsform einer elektrischen Messvorrichtung mit erfindungsgemäßem Messgerät und mit einem angeschlossenen Messstromwandler in Kalibrierposition.
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Eine in 1 dargestellte elektrische Messvorrichtung 2 zum Messen elektrischer Ströme besteht aus einem als Handmessgerät 4 ausgebildeten erfindungsgemäßen elektrischen Messgerät 4 zum Messen elektrischer Ströme und einem an das Handmessgerät 4 angeschlossenen, teilbaren Messstromwandler 6. Zum Anschluss des Messstromwandlers 6 mit einem Anschlusskabel 8 besitzt das Messgerät 4 eine Anschlussvorrichtung 10, die als Steckverbindung 10 ausgebildet ist. Das Handmessgerät 4 weist eine Kalibrierschleife 12 auf, die bogenförmig als starrer Teil im Fußbereich des Messgerätegehäuses 14 ausgebildet ist. An der Innenseite des bogenförmigen Abschnitts der Kalibrierschleife 12 entsteht in dem Messgerätegehäuse 14 eine Durchstecköffnung 16, durch die in der dargestellten Kalibrierposition der teilbare Messstromwandler 6 geführt ist. Die Kalibrierschleife 12 leitet während des Kalibriervorgangs einen Kalibrierstrom ICal, dessen Magnetfeld von dem Messstromwandler 6 erfasst und in ein Referenzsignal umgesetzt wird, welches über das Anschlusskabel 8 dem Messgerät 4 zugeführt wird. Zur Auswertung dieses Referenzsignals sowie der im Messbetrieb erfassten Messsignale weist das Messgerät 4 eine Mikrocontroller-basierte Steuereinheit 18 mit einer Speichereinheit 20 auf. Weiterhin verfügt das Messgerät 4 über Bedienelemente 22, beispielsweise in Form von Tastenelementen oder eines Drehschalters, und über eine Anzeigeeinrichtung 24 zur Anzeige von Messwerten und Statusmeldungen.
